DE3332990C2

DE3332990C2 -

Info

Publication number: DE3332990C2
Application number: DE3332990A
Authority: DE
Inventors: Hisashi Tokio/Tokyo Jp Okatsuka; Koichi Inuyama Aichi Jp Taniguchi; Toshio Kuwana Mie Jp Kakizawa
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-09-13
Filing date: 1983-09-13
Publication date: 1989-03-09
Also published as: DE3332990A1; AU1876383A; NL8303136A; AU543894B2; GB2128060B; US4549056A; CA1201174A; GB8324323D0; GB2128060A; NL189227B; NL189227C

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Induktionskochvorrichtung, die ein aus Metall hergestelltes, ein zu garendes Gut enthaltendes Kochgeschirr mit einem Wechselfeld beaufschlagt und damit im Inneren des Kochgeschirrs einen Wirbelstrom erzeugt, so daß das Kochgeschirr Wärme zum Garen des Gargutes erzeugt. Eine derartige Vorrichtung ist in der DE-OS 23 17 565 beschrieben. Mit der dort beschriebenen Vorrichtung können jedoch nur Kochgeschirre aus magnetischem Material, wie Eisen, verwendet werden, obwohl durchaus auch ein Bedürfnis besteht, Kochgeschirre aus einem nichtmagnetischen metallischen Werkstoff, wie Aluminium in Verbindung mit einer elektromagnetischen Induktionsheizvorrichtung zu verwenden. Dies wurde bisher jedoch nicht für möglich gehalten ohne nachteilige Auswirkungen auf die Heizschaltkreise hervorzurufen. In der genannten Druckschrift wird daher als günstigstes Material für das Kochgerät ein magnetisches Metall mit hohem Widerstand wie Eisen oder Stahl vorgeschlagen. Die Verwendung beispielsweise von Aluminium-Kochgeschirren unter den in dieser Druckschrift beschriebenen Gegebenheiten würde einer elektromagnetischen Induktionsheizung im Leerlauf, d. h. bei nicht auf das Kochgerät aufgesetztem Kochgeschirr, entsprechen, so daß der Heizkreis möglicherweise beschädigt werden könnte.The invention relates to an electronic induction cooking device, which is a made of metal Cookware containing food to be cooked with a Alternating field applied and thus inside the cookware creates an eddy current so that the cookware Generates heat to cook the food. A such device is described in DE-OS 23 17 565. With the device described there however, only cookware made of magnetic material, like iron, may be used, though quite there is also a need to cookware from one non-magnetic metallic material, such as aluminum in connection with an electromagnetic induction heating device to use. So far this has been however not considered possible without adverse effects Effects on the heating circuits. In the cited publication is therefore the cheapest Material for the cooking device with a magnetic metal proposed high resistance such as iron or steel. The use of aluminum cookware, for example among those described in this publication Conditions would be an electromagnetic Induction heating at idle, d. H. at not on that Cookware put on cookware, correspond, so that the heating circuit may be damaged could.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, wahlweise Kochgeschirre aus magnetischem und nichtmagnetischem metallischem Werkstoff beheizen zu können, ohne daß hierzu eine manuelle Umschaltung der Heizvorrichtung erforderlich ist und ohne daß die Gefahr besteht, daß die Heizspulen beschädigt werden.The invention is based on this prior art based on the task, optional cookware made of magnetic and non-magnetic metallic To be able to heat material without this manual switching of the heating device required is and without the risk that the heating coils to be damaged.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die in Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale. Zwar sind aus der DE-Z: elektrowärme international, 29 (1971) Heft 8, S. 441-445, "Induktives Erwärmen" die physikalischen Grundlagen für das induktive Erwärmen einschließlich der Grundformeln für die Eindringtiefe und die im Heizgut induzierte Leistung grundsätzlich bekannt und bei Heißschweißverfahren wurde auch schon vorgeschlagen (US-Z: Metal Progress, Dec. 1954, S. 102-105 "Dual Frequency Heating for Forging") mit unterschiedlichen Frequenzen zu schweißen, doch führte dies nicht zur Entwicklung einer für Kochgeschirre aus unterschiedlichen Metallen geeigneten induktiven Heizvorrichtung, obwohl Kochgeschirre aus Aluminium oder anderen Nichteisenmetallen wegen ihrer zahlreichen Vorteile in zunehmendem Maß in Haushalten verwendet werden.This object is achieved according to the invention in that in claim 1 marked features. From the DE-Z: electric heat international, 29 (1971) Issue 8, pp. 441-445, "inductive heating" the physical basis for inductive heating including the basic formulas for the depth of penetration and the power induced in the heating material basically known and has been used in hot welding processes already proposed (US-Z: Metal Progress, December 1954, pp. 102-105 "Dual Frequency Heating for Forging ") with different frequencies, however, this did not lead to the development of one for cookware made of different metals inductive heater even though cookware is off Aluminum or other non-ferrous metals because of their numerous advantages increasingly in households be used.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtThe following are preferred embodiments of the invention explained in more detail with reference to the drawing. It shows

Fig. 1 ein Blockschaltbild des allgemeinen Aufbaus einer elektromagnetischen Induktionsheizvorrichtung gemäß der Erfindung, Fig. 1 is a block diagram of the general configuration of an electromagnetic induction heating device according to the invention,

Fig. 2 eine Schnittansicht eines Heizspulenteils der Vorrichtung nach Fig. 1 und anderer, um diesen Teil herum angeordneter Elemente, Fig. 2 is a sectional view of a Heizspulenteils the apparatus of FIG. 1 and others, arranged around this part elements,

Fig. 3A bis 3C schematische Darstellungen zur Veranschaulichung einer bei der Vorrichtung nach Fig. 1 vorgesehenen Heizspule, Figs. 3A to 3C are schematic views for illustrating an opening provided in the apparatus of FIG. 1, heating coil,

Fig. 4A und 4B schematische Darstellungen des im Inneren des Blechkörperabschnitts eines Kochgeschirrs bei Beaufschlagung mit einem Hochfrequenz-Magnetfeld erzeugten Skineffekts bzw. der Hautwirkung, FIGS. 4A and 4B are schematic representations of the inside of the sheet metal body portion skin effect of a cooking utensil when subjected to a high-frequency magnetic field produced or the skin effect,

Fig. 5 eine schematische Darstellung verschiedener Veränderlicher für die Gleichungen zur Berechnung der bei Beaufschlagung mit dem Hochfrequenz-Magnetfeld erzielten primären Äquivalentimpedanz der Heizspule, Fig. 5 is a schematic representation of various variables for the equations for calculating the obtained upon application of the high frequency magnetic field primary equivalent impedance of the heating coil,

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Beziehungen zwischen der Frequenz des ein Kochgeschirr beaufschlagenden Hochfrequenz-Magnetfelds und der unter Heranziehung der Wanddicke d des Kochgeschirrs als Parameter erreichten Impedanz des Kochgeschirrs, Fig. 6 is a graphical representation of the relationships between the frequency of a cooking utensil acting high-frequency magnetic field and by using the wall thickness d of the cookware as parameters reached impedance of the cookware,

Fig. 7 ein Blockschaltbild des allgemeinen Aufbaus einer elektromagnetischen Induktionsheizvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung und Fig. 7 is a block diagram of the general configuration of an electromagnetic induction heating device according to another embodiment of the invention, and

Fig. 8A und 8B eine Aufsicht bzw. eine Seitenansicht zur Veranschaulichung der Ausbildung einer bei der Vorrichtung nach Fig. 7 vorgesehenen Heizspule. FIGS. 8A and 8B is a plan view and a side view illustrating formation of an opening provided in the apparatus of Fig. 7 the heating coil.

Fig. 1 veranschaulicht in Blockschaltbildform eine elektromagnetische Induktionsheizvorrichtung gemäß der Erfindung, bei der sowohl Kochgeschirre aus ferromagnetischem Material, wie Eisen oder rostfreier Stahl, als auch solche aus einem nichtmagnetischen Werkstoff, wie Aluminium, verwendbar sind. Diese Vorrichtung umfaßt eine erste Heizspule L 1 für die ausschließliche Induktionserwärmung eines Kochgeschirrs aus einem der genannten ferromagnetischen Werkstoffe und eine zweite Heizspule L 2 für die ausschließliche Induktionserwärmung eines Kochgeschirrs aus einem nichtmagnetischen Werkstoff, wie Aluminium. Die zweite Heizspule L 2 besitzt dabei eine größere Windungszahl als die erste Heizspule L 1. Fig. 1 illustrates in block diagram form an electromagnetic induction heating device according to the invention, in which both cookware made of ferromagnetic material, such as iron or stainless steel, as well as those made of a non-magnetic material, such as aluminum, can be used. This device comprises a first heating coil L 1 for the exclusive induction heating of a cookware made of one of the ferromagnetic materials mentioned and a second heating coil L 2 for the exclusive induction heating of a cookware made of a non-magnetic material, such as aluminum. The second heating coil L 2 has a larger number of turns than the first heating coil L 1.

Gemäß Fig. 1 sind die beiden Klemmen oder Anschlüsse einer Wechselstromquelle 10 getrennt über Netzschalter 12 an die beiden Klemmen oder Anschlüsse einer Primärwicklung 14 a eines Transformators 14 angeschlossen. Ein Motor 16, der für den Antrieb eines nicht dargestellten Gebläses zum Kühlen aktiver Schaltungselemente, wie Transistoren, vorgesehen ist, ist über die Netzschalter 12 mit der Wechselstromquelle 10 verbunden. Eine Sekundärwicklung 14 b des Transformators 14 ist an einen Wechselrichterkreis 18 angeschlossen, der zwei Schaltkreise 20, 22 mit jeweils Schalttransistoren eines vorbestimmten Typs (z. B. npn-Typ) und einen Ansteuerkreis 24 zur selektiven Ansteuerung der Schaltkreise 20, 22 umfaßt. Jeder Schaltkreis 20, 22 besteht aus einer sogenannten SEPP-Schaltung mit in Reihe geschalteten Transistoren. Der erste Schaltkreis 20 führt einen Schaltvorgang bei einem vorgegebenen Frequenzpegel von z. B. 20 kHz aus, während der zweite Schaltkreis 22 bei einem höheren Frequenzpegel von z. B. 50 kHz oder mehr, vorzugsweise bei 100 kHz, schaltet. Bei der dargestellten Ausführungsform verwendet der zweite Schaltkreis 22 für das wirksame Hochfrequenz-Schalten bzw. -Umschalten bipolare Transistoren. Die Ausgangsklemmen der Schaltkreise 20 und 22 sind mit einer ersten und einer zweiten Heizspule L 1 bzw. L 2 verbunden. Die Heizspulen L 1 und L 2 sind an eine erste Ausgangsklemme (negative bzw. Minus-Ausgangsklemme) 26-1 einer Gleichstromquelle 26 über Resonanz-Kondensatoren C 1 bzw. C 2 angeschlossen, die in Verbindung mit den Heizspulen L 1 bzw. L 2 einen Reihenresonanz- bzw. -schwingkreis bilden. Die Gleichstromquelle 26 ist über die Netzschalter 12 mit der Wechselstromquelle 10 verbunden. Die Gleichstromquelle 26 speist außerdem die beiden Schaltkreise 20 und 22. Referring to FIG. 1, the two terminals or terminals of an AC power source 10 are separately connected via power switch 12 to the two terminals, or terminals of a primary winding 14a of a transformer 14. A motor 16, which is provided for driving a blower, not shown, for cooling active circuit elements, such as transistors, is connected to the AC power source 10 via the mains switch 12 . A secondary winding 14 b of the transformer 14 is connected to an inverter circuit 18 , which comprises two circuits 20, 22 , each with switching transistors of a predetermined type (for example npn type) and a control circuit 24 for the selective control of the circuits 20, 22 . Each circuit 20, 22 consists of a so-called SEPP circuit with transistors connected in series. The first circuit 20 performs a switching operation at a predetermined frequency level of e.g. B. 20 kHz, while the second circuit 22 at a higher frequency level of z. B. 50 kHz or more, preferably at 100 kHz, switches. In the illustrated embodiment, the second circuit 22 uses bipolar transistors for effective high frequency switching. The output terminals of the circuits 20 and 22 are connected to a first and a second heating coil L 1 and L 2 , respectively. The heating coils L 1 and L 2 are connected to a first output terminal (negative or negative output terminal ) 26-1 of a direct current source 26 via resonance capacitors C 1 and C 2 , respectively, which in connection with the heating coils L 1 and L 2 form a series resonance or resonant circuit. The DC power source 26 is connected to the AC power source 10 via the power switch 12 . The DC power source 26 also feeds the two circuits 20 and 22.

Erste und zweite Ausgangsklemme 26-1 bzw. 26-2 der Gleichstromquelle 26 sind außerdem an eine Schwingungsart- Einstellschaltung 28 angeschlossen, welche die Aktivierung einer der beiden voneinander unabhängigen Heizspulen L 1 und L 2 bestimmt und ein Betriebsartbezeichnungs- bzw. -einstellsignal 31 in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal 29 eines Detektors 30 erzeugt, welcher je nach der Art des Werkstoffs (Eisen oder Aluminium), aus dem das jeweils verwendete Kochgeschirr hergestellt ist, feststellt, ob ein Kochgeschirr aus einem magnetischen oder einem nichtmagnetischen Werkstoff besteht. Nach Maßgabe des Signals 31 steuert der Ansteuerkreis 24 selektiv den ersten oder den zweiten Schaltkreis 20 bzw. 22 an.The first and second output terminals 26-1 and 26-2 of the direct current source 26 are also connected to an oscillation type setting circuit 28 which determines the activation of one of the two mutually independent heating coils L 1 and L 2 and an operating mode designation or setting signal 31 in Dependence on an output signal 29 generated by a detector 30 which, depending on the type of material (iron or aluminum) from which the cookware used is made, determines whether a cookware is made of a magnetic or a non-magnetic material. In accordance with the signal 31 , the control circuit 24 selectively controls the first or the second circuit 20 or 22 .

Fig. 2 veranschaulicht eine Heizfläche der Vorrichtung nach Fig. 1 und andere Bauelemente im Bereich der Heizfläche. Ein mit einem flüssigen Nahrungsmittel gefülltes Kochgeschirr 32 ist dabei auf eine Heizplatte 34 aus wärmebeständigem Glas aufgesetzt. Die beiden Heizspulen L 1 und L 2 sind jeweils in Form einer Schleife bzw. Windung in zwei Ebenen unter der Heizplatte 34 angeordnet. In einer zentralen Öffnung der übereinanderliegenden, ringförmigen Spulen L 1 und L 2 ist ein mechanischer Automatik-Schalter 30 angeordnet, der einen hohlzylindrischen Schalterrahmen 36 und einen in diesem lotrecht bewegbaren Dauermagneten 38 aufweist. Ein normalerweise geschlossener Mikroschalter 40 ist so angeordnet, daß sein Betätigungsknopf 42 in das untere Ende der Öffnung des Rahmens 36 hineinreicht. Wenn das Kochgeschirr 32 aus Eisen oder einem anderen magnetischen Material besteht, wird der Dauermagnet 38 durch das Kochgeschirr 32 magnetisch angezogen und nach oben verlagert, um unter Zwischenfügung der Glasplatte 34 am Boden das Kochgeschirrs 32 zu haften. Wenn dagegen das Kochgeschirr 32 aus Aluminium oder einem anderen nichtmagnetischen Werkstoff besteht, fällt der Dauermagnet 38 unter Schwerkrafteinfluß und ohne Anziehung durch das Kochgeschirr 32 nach unten, wobei er den Betätigungsknopf 42 des Mikroschalters 40 herabdrückt. Infolgedessen wird der Mikroschalter 40 geöffnet. Der Dauermagnet 38 und der Mikroschalter 40 bilden somit den Detektor 30. Wenn durch den Detektor 30 festgestellt wird, daß das verwendete Kochgeschirr 32 aus einem magnetischen Werkstoff besteht, steuert der Ansteuerkreis 24 nach Maßgabe des Signals 31 nur den ersten Schaltkreis 20 an, um die erste Heizspule L 1 mit einem Hochfrequenzstrom I₁ von 20 kHz zu speisen und damit das z. B. aus Eisen bestehende Kochgeschirr induktiv zu erwärmen. Wenn das Kochgeschirr 32 aus einem nichtmagnetischen Werkstoff, wie Aluminium, besteht, steuert der Ansteuerkreis 24 nur den zweiten Schaltkreis 22 nach Maßgabe des Signals 31 an, um die zweite Heizspule L 2 mit einem Hochfrequenzstrom I₂ von 100 kHz zu speisen und damit das z. B. aus Aluminium bestehende Kochgeschirr einer Induktionserwärmung zu unterwerfen. FIG. 2 illustrates a heating surface of the device according to FIG. 1 and other components in the area of the heating surface. A cookware 32 filled with liquid food is placed on a heating plate 34 made of heat-resistant glass. The two heating coils L 1 and L 2 are each arranged in the form of a loop or winding in two levels under the heating plate 34 . A mechanical automatic switch 30 , which has a hollow cylindrical switch frame 36 and a permanent magnet 38 which can be moved vertically therein, is arranged in a central opening of the annular coils L 1 and L 2 lying one above the other. A normally closed microswitch 40 is arranged so that its actuating button 42 extends into the lower end of the opening of the frame 36 . If the cookware 32 is made of iron or another magnetic material, the permanent magnet 38 is magnetically attracted by the cookware 32 and is displaced upward in order to adhere the cookware 32 to the bottom with the interposition of the glass plate 34 . If, on the other hand, the cookware 32 is made of aluminum or another non-magnetic material, the permanent magnet 38 falls down under the influence of gravity and without being attracted by the cookware 32 , pressing the actuation button 42 of the microswitch 40 down. As a result, the microswitch 40 is opened. The permanent magnet 38 and the microswitch 40 thus form the detector 30. If it is determined by the detector 30 that the cookware 32 used is made of a magnetic material, the control circuit 24 controls only the first circuit 20 in accordance with the signal 31 in order to to feed the first heating coil L 1 with a high-frequency current I ₁ of 20 kHz and thus the z. B. induction to heat existing cookware. If the cookware 32 is made of a non-magnetic material such as aluminum, the control circuit 24 controls only the second circuit 22 in accordance with the signal 31 in order to feed the second heating coil L 2 with a high-frequency current I ₂ of 100 kHz and thus the z . B. aluminum cookware to be subjected to induction heating.

Die beiden Heizspulen L 1 und L 2 sind mit einem an die Form des Kochgeschirrs 32 angepaßten Schleifendurchmesser (loop diameter) ausgebildet. Im folgenden ist anhand der Fig. 3A bis 3C als Beispiel die Ausbildung der zweiten Heizspule L 2 beschrieben. Gemäß der schaubildlichen Darstellung von Fig. 3A ist die Heizspule L 2 aus einer spiralig aufgerollten Windung oder Wicklung 44 ("Litzendraht") geformt, welche die Impedanz der Heizspule herabsetzt und aus einem Bündel (z. B. 200) von dünnen isolierten Kupferdrähten besteht, z. B. Drähten mit einem Durchmesser von etwa 0,1-0,16 mm (herkömmlicherweise werden neunzehn isolierte Kupferdrähte mit einem Durchmesser von 0,5 mm zur Bildung des Litzendrahts zusammengebündelt). Wie aus der vergrößerten Darstellung von Fig. 3B hervorgeht, ist ein isolierter bzw. Isolierdraht 46 zwischen den Windungen der Spiralwicklung 44 gewickelt. Der Drahtdurchmesser des Isolierdrahts 46 entspricht dem der Wicklung 44. Der Isolierdraht 46 besteht aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff mit guter Temperaturbeständigkeit und hoher Biegsamkeit, beispielsweise aus mit einem Füllmittel gepacktem Nylon (Polyamid). In den mit der Spiralwicklung 44 in Berührung stehenden beiden Seitenflächen des Isolierdrahts 46 sind zahlreiche aufeinanderfolgende Ventilierkerben bzw. -aussparungen 48 ausgebildet. Die Form dieser im Isolierdraht 46 ausgebildeten Aussparungen 48 ist in Fig. 3C näher veranschaulicht. Der Isolierdraht 46 besitzt in den von den Aussparungen 48 verschiedenen Bereichen einen kreisförmigen Querschnitt und in den ausgesparten Bereichen einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt 49. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Windungszahl der zweiten Heizspule L 2, die mit einem Strom hoher Frequenz, vorzugsweise in der Größenordnung von 100 kHz bzw. entsprechend etwa dem Fünffachen der Frequenz des an die erste Heizspule L 1 angelegten Stroms, gespeist wird, für die Induktionserwärmung eines Kochgeschirrs aus einem nichtmagnetischen Werkstoff wesentlich größer ist als die Windungszahl der ersten Heizspule L 1. Wenn die beiden Heizspulen L 1 und L 2 auf die vorstehend beschriebene Weise ausgebildet sind, ist die zweite Heizspule L 2 somit durch Anordnung mehrerer spiral gewickelter Litzendrähte gemäß Fig. 3A in einzelnen Lagen ausgebildet, derart, daß der Schleifendurchmesser der zweiten Heizspule L 2 demjenigen der ersten Heizspule L 1 gleich ist (vgl. Fig. 2). Für den Resonanzkondensator C 2 ist unbedingt ein Kondensator mit einer hohen Spannungsfestigkeit in der Größenordnung von mehreren kV erforderlich.The two heating coils L 1 and L 2 are designed with a loop diameter adapted to the shape of the cookware 32 . The design of the second heating coil L 2 is described below with reference to FIGS. 3A to 3C as an example. According to the diagrammatic representation of FIG. 3A, the heating coil L 2 is formed of a spirally rolled-up coil or winding 44 ( "stranded") is formed, which lowers the impedance of the heating coil, and of a bundle (eg., 200) consists of thin insulated copper wires , e.g. B. Wires with a diameter of about 0.1-0.16 mm (conventionally, nineteen insulated copper wires with a diameter of 0.5 mm are bundled together to form the stranded wire). As can be seen from the enlarged representation of FIG. 3B, an insulated or insulating wire 46 is wound between the turns of the spiral winding 44 . The wire diameter of the insulating wire 46 corresponds to that of the winding 44. The insulating wire 46 consists of an electrically insulating material with good temperature resistance and high flexibility, for example of nylon (polyamide) packed with a filler. Numerous successive ventilation notches or cutouts 48 are formed in the two side surfaces of the insulating wire 46 which are in contact with the spiral winding 44 . The shape of these recesses 48 formed in the insulating wire 46 is illustrated in more detail in FIG. 3C. The insulating wire 46 has a circular cross section in the areas different from the recesses 48 and a substantially rectangular cross section 49 in the recessed areas . It should be noted that the number of turns of the second heating coil L 2, which with a high frequency current, preferably in the order of magnitude of 100 kHz or approximately five times the frequency of the current applied to the first heating coil L 1 , is fed for the induction heating of a cookware made of a non-magnetic material is substantially larger than the number of turns of the first heating coil L 1. If the two Heating coils L 1 and L 2 are formed in the manner described above, the second heating coil L 2 is thus formed by arranging a plurality of spirally wound stranded wires according to FIG. 3A in individual layers, such that the loop diameter of the second heating coil L 2 is that of the first heating coil L 1 is the same (see FIG. 2). A capacitor with a high dielectric strength of the order of several kV is absolutely necessary for the resonance capacitor C 2 .

Die vorstehend beschriebene Ausführungsform der Erfindung arbeitet wie folgt: Der Detektor 30 stellt fest, ob der Werkstoff des auf die Heiz- oder Kochplatte 34 aufgesetzten, ein zu garendes Nahrungsmittel enthaltenden Kochgeschirrs ein ferromagnetisches Material, wie Eisen, oder ein nichtmagnetisches Material, wie Aluminium, ist. Wenn das Kochgeschirr 32 aus Eisen besteht, wird der Dauermagnet 38 unter Freigabe des Betätigungsknopfes 42 des Mikroschalters 40 an das Kochgeschirr angezogen, so daß der Mikroschalter 40 geschlossen ist. In Abhängigkeit davon läßt die Schwingungsart-Einstellschaltung 28 den Ansteuerkreis 24 nur den ersten Schaltkreis 20 aktivieren. Da der Schaltkreis 20 einen Hochfrequenzstrom I ₁ zur ersten Heizspule L 1 liefert, wird das Kochgeschirr durch einen aus der Heizspule L 1 und dem Kondensator C 1 gebildeten Reihenresonanzkreis mit einem Wechselmagnetfeld einer hohen Frequenz in der Größenordnung von 20 kHz beaufschlagt. Durch dieses Hochfrequenzmagnetfeld wird innerhalb der Eisenplatte des Kochgeschirrs ein Wirbelstrom erzeugt, und das Kochgeschirr erzeugt selbst durch einen Stromverlust aufgrund des Wirbelstroms Wärme zum Erhitzen und Garen des Nahrungsmittels. Wenn dagegen das Kochgeschirr 32 aus einem nichtmagnetischen Werkstoff, wie Aluminim, besteht, fällt der Dauermagnet 38 gemäß Fig. 2 nach unten und drückt dabei den Betätigungsknopf 42 des Mikroschalters 40 ein, so daß der Mikroschalter 40 offen ist. In Abhängigkeit von diesem Zustand steuert die Einstellschaltung 28 den Ansteuerkreis 24 so an, daß dieser selektiv den zweiten Schaltkreis 22 aktiviert. Infolgedessen wird die erste Heizspule L 1 abgeschaltet, während die zweite Heizspule L 2 mit dem Hochfrequenzstrom I ₂ von etwa 100 kHz beschickt wird und ein Hochfrequenzmagnetfeld für die Induktionserwärmung des Aluminium- Kochgeschirrs erzeugt.The embodiment of the invention described above works as follows: The detector 30 determines whether the material of the cookware placed on the hotplate or hotplate 34 and containing a food to be cooked is a ferromagnetic material such as iron or a non-magnetic material such as aluminum. is. If the cookware 32 is made of iron, the permanent magnet 38 is attracted to the cookware with the release of the actuation button 42 of the microswitch 40 , so that the microswitch 40 is closed. Depending on this, the oscillation type setting circuit 28 only enables the control circuit 24 to activate the first circuit 20 . Since the circuit 20 supplies a high-frequency current I ₁ to the first heating coil L 1 , the cookware is subjected to an alternating magnetic field of a high frequency in the order of 20 kHz by a series resonance circuit formed by the heating coil L 1 and the capacitor C 1 . This high-frequency magnetic field generates an eddy current within the iron plate of the cookware, and the cookware itself generates heat for heating and cooking the food through loss of current due to the eddy current. If, on the other hand, the cookware 32 is made of a non-magnetic material, such as aluminum, the permanent magnet 38 falls down according to FIG. 2 and thereby presses the actuation button 42 of the microswitch 40 , so that the microswitch 40 is open. Depending on this state, the setting circuit 28 controls the control circuit 24 so that it selectively activates the second circuit 22 . As a result, the first heating coil L 1 is switched off, while the second heating coil L 2 is charged with the high-frequency current I ₂ of approximately 100 kHz and generates a high-frequency magnetic field for the induction heating of the aluminum cookware.

Die bisher nicht mögliche Induktionserwärmung bzw. induktive Erwärmung eines Kochgeschirrs aus Aluminium oder einem anderen nichtmagnetischen Werkstoff kann somit wirksam gewährleistet werden, indem mittels der zweiten Heizspule L 2 ein Wechselfeld einer hohen Frequenz von 50 kHz oder mehr, vorzugsweise etwa 100 kHz, erzeugt wird. Dieser Prozeß beruht auf der noch näher zu erläuternden Theorie.The previously not possible induction heating or inductive heating of a cookware made of aluminum or another non-magnetic material can thus be effectively ensured by using the second heating coil L 2 to generate an alternating field of a high frequency of 50 kHz or more, preferably about 100 kHz. This process is based on the theory to be explained in more detail.

Für das Kochen bzw. Garen ist es zunächst nötig, daß das verwendete Kochgeschirr eine konstante Impedanz besitzt, so daß die Eingangsleistung (input) für das Kochgeschirr festgelegt werden kann. Bisherige Kochgeräte arbeiten mit einem Hochfrequenz-Magnetfeld von etwa 20 kHz und erlauben somit die Verwendung eines aus Eisen hergestellten Kochgeschirrs. Das Eisen- Kochgeschirr kann unter diesen Gegebenheiten benutzt werden, weil die Eisenplatte bzw. das Eisenblech des Kochgeschirrs bei einer Frequenz von etwa 20 kHz den Skineffekt bzw. die Hautwirkung erzeugt. Der Skineffekt bzw. die Hautwirkung ist eine Erscheinung, bei welcher Strom intensiv durch einen festgelegte (in Fig. 4A schraffierten), die Oberfläche des Eisenblechs F (an der Seite, an welcher der Magnetfluß Φ einwirkt) einschließenden Bereich fließt. Wenn dieser Effekt auftritt, bleibt die Impedanz des Eisenblechs F unabhängig von seiner Dicke konstant, so daß der gegebene bzw. einwirkende Magnetfluß Φ in keinem Fall nach außen austritt. Die Eisenplatte bzw. das Eisenblech F gemäß Fig. 4B unterliegt dagegen nicht dem Skineffekt bzw. der Hautwirkung. Infolgedessen fließt Strom über den gesamten Bereich (Querschnitt) des Eisenblechs F, so daß die Impedanz von der Dicke abhängt und der einwirkende (given) Magnetfluß Φ in unerwünschter Weise nach außen austritt oder streut.For cooking it is first necessary that the cookware used has a constant impedance so that the input power for the cookware can be determined. Previous cooking devices work with a high-frequency magnetic field of approximately 20 kHz and thus allow the use of cookware made of iron. The iron cookware can be used under these circumstances, because the iron plate or the iron plate of the cookware produces the skin effect or the skin effect at a frequency of about 20 kHz. The skin effect or the skin effect is a phenomenon in which current flows intensively through a defined area (hatched in FIG. 4A) which encloses the surface of the iron sheet F (on the side on which the magnetic flux Φ acts). When this effect occurs, the impedance of the iron sheet F remains constant regardless of its thickness, so that the given or acting magnetic flux Φ never escapes to the outside. The iron plate or the iron sheet F according to FIG. 4B, however, is not subject to the skin effect or the skin effect. As a result, current flows over the entire area (cross section) of the iron sheet F, so that the impedance depends on the thickness and the acting (given) magnetic flux Φ undesirably escapes or scatters to the outside.

Erfindungsgemäß wird die Impedanz eines aus Aluminium hergestellten Kochgeschirrs konstant eingestellt, indem die Frequenz des Wechselrichterkreises erhöht wird, und zwar unter Berücksichtigung der Tatsache, daß eine Aluminiumplatte bzw. ein Aluminiumblech ebenfalls dem Skineffekt bzw. der Hautwirkung unterworfen ist, wenn die Frequenz des Hochfrequenz-Magnetfelds 50 kHz oder mehr beträgt. In diesem Fall bestehen keine Einschränkungen mehr bezüglich der zu verwendenden Kochgeschirre, und der Magnetfluß durchdringt in keinem Fall das Kochgeschirr, obgleich (andererseits) die Frequenz des Wechselrichterkreises erhöht werden muß. Im allgemeinen verwendet ein Wechselrichterkreis Transistoren als Schaltelemente, und seine Schaltgeschwindigkeit ist in einem bestimmten Grad begrenzt. Aufgrund des in jüngster Zeit erzielten bemerkenswerten Fortschritts auf dem Gebiet der Halbleitertechnologie stehen jedoch beispielsweise bipolare Transistoren zur Verfügung, die einen Schaltbetrieb mit einer Frequenz von 100 kHz zulassen, während Leistungs-MOSFET's Schaltvorgänge mit einer Frequenz von 200-300 kHz durchzuführen vermögen. Die Frequenz des Wechselrichterkreises kann mithin unter Verwendung solcher Transistoren entsprechend erhöht werden.According to the invention, the impedance is made of aluminum manufactured cookware set constant by the frequency of the inverter circuit is increased, namely under Taking into account the fact that an aluminum plate or an aluminum sheet also the skin effect or is subject to the effect of the skin if the frequency of the high frequency magnetic field 50 kHz or more. In this case there are none Restrictions more regarding which to use Cookware, and the magnetic flux penetrates into no cookware, although (on the other hand) the frequency of the inverter circuit can be increased got to. Generally uses an inverter circuit Transistors as switching elements, and its switching speed is limited to a certain degree. Because of the recently achieved remarkable progress in the field of However, semiconductor technology stands for example bipolar transistors are available, which one Allow switching operation with a frequency of 100 kHz, during power MOSFET's switching operations with a Frequency of 200-300 kHz can perform. The frequency of the inverter circuit can therefore using such transistors accordingly increase.

Wie ein Versuch gezeigt hat, kann in einem Kochgeschirr ein optimaler Skineffekt erzielt werden, wenn die Frequenz des Hochfrequenz-Magnetfelds in der Größenordnung von etwa 100 kHz liegt und die Dicke des Aluminiumblechs des Kochgeschirrs 0,5 mm oder mehr beträgt. Wie vorstehend beschrieben, wird erfindungsgemäß ein Hochfrequenz-Magnetfeld von etwa 100 kHz eingesetzt, so daß bei der Induktionsheizvorrichtung ein Aluminium-Kochgeschirr benutzt werden kann.As an experiment has shown, it can be in a cookware an optimal skin effect can be achieved if the Frequency of the high-frequency magnetic field in the order of magnitude of about 100 kHz and the thickness of the Cookware aluminum sheet 0.5 mm or more is. As described above, the invention a high frequency magnetic field of about 100 kHz used so that in the induction heater an aluminum cookware can be used.

Diese Maßnahmen sind jedoch im Hinblick auf das tatsächliche Kochen bzw. Garen noch nicht vollkommen und lassen noch verschiedene Probleme ungelöst.However, these measures are in view of the actual cooking is not yet complete and still leave various problems unsolved.

Die Kombination aus einer Heizspule und einem Kochgeschirr kann als Transformator betrachtet werden. Allerdings besteht bei einer solchen Kombination ein erhebliches Problem bezüglich des Heiz- oder Erwärmungswirkungsgrads zwischen der Primärimpedanz an der Seite der Heizspule und der sekundären Äquivalentimpedanz an der Seite des Kochgeschirrs.The combination of a heating coil and cookware can be viewed as a transformer. However, with such a combination there is a significant problem in terms of heating or heating efficiency between the primary impedance on the side of the heating coil and the secondary Equivalent impedance on the side of the cookware.

Für die Berechnung der sekundären Äquivalentimpedanz an der Kochgeschirrseite stellt sich die Sachlage gemäß Fig. 5 dar. Gemäß Fig. 5 ist eine (Heiz-)Spule L in einem vorgegebenen Abstand h von einem Kochgeschirr angeordnet, das aus Metall (Eisen oder Aluminium) besteht, eine (Wand-)Dicke d besitzt und Wasser W (als "Gargut") enthält. Die Spule L ist durch Wickeln eines Kupferdrahts eines Radius ⌀ zu einer einzigen Schleife mit einem Radius a gewickelt. Die Spule L wird als Modell benutzt, das einem Teil der Heizspule L 1 oder L 2 entspricht.The situation according to FIG. 5 presents itself for the calculation of the secondary equivalent impedance on the cookware side. According to FIG. 5, a (heating) coil L is arranged at a predetermined distance h from a cookware which consists of metal (iron or aluminum) , has a (wall) thickness d and contains water W (as "food"). The coil L is wound into a single loop with a radius a by winding a copper wire of radius ⌀. The coil L is used as a model, which corresponds to a part of the heating coil L1 or L2.

Unter Heranziehung verschiedener, in der nachstehenden Tabelle angegebener Faktoren bestimmen sich die kochgeschirrseitige sekundäre Äquivalentimpedanz R und die Äquivalentinduktivität L nach den anschließend angegebenen Gleichungen.Using various factors listed in the table below, the secondary equivalent impedance R on the cookware side and the equivalent inductance L are determined using the equations given below.

Tabelle table

In obigen Gleichungen bedeuten: E ( ξ ) ein perfektes elliptisches Integral erster Ordnung, K ( ξ ) ein perfektes elliptisches Integral zweiter Ordnung, f die Frequenz des Hochfrequenz-Magnetfelds, μ ₂ die Permeabilität des Metalls, μ ₀ die Permeabilität von Vakuum, σ ₂ die elektrische Leitfähigkeit von Metall und δ die Eindringtiefe.In the above equations: E ( ξ ) means a perfect first order elliptic integral, K ( ξ ) a perfect second order elliptical integral, f the frequency of the high frequency magnetic field, μ ₂ the permeability of the metal, μ ₀ the permeability of vacuum, σ ₂ the electrical conductivity of metal and δ the depth of penetration.

Wenn der Metallwerkstoff ein Eisenblech mit einer Dicke d von 0,5 mm ist, die Frequenz f des Hochfrequenz- Magnetfelds 20 kHz beträgt, der Schleifenradius a der Einzelschleifenspule L 10 cm beträgt, der Spulendraht einen Radius ⌀ von 0,5 mm besitzt und der Abstand h zwischen dem Eisenblech und der Spule L 1 cm beträgt, so beträgt die sekundäre Äquivalentimpedanz R, wie sich aus Gleichung (1) ergibt, R ≒ 5 mΩ.If the metal material is an iron sheet with a thickness d of 0.5 mm, the frequency f of the high-frequency magnetic field is 20 kHz, the loop radius a of the single loop coil L is 10 cm, the coil wire has a radius ⌀ of 0.5 mm and the Distance h between the iron sheet and the coil L is 1 cm, then the secondary equivalent impedance R, as can be seen from equation (1), R ≒ 5 mΩ.

Wenn der Metallwerkstoff ein Aluminiumblech mit einer Dicke d von 0,5 mm ist, die Frequenz f des Hochfrequenz- Magnetfelds bei 100 kHz liegt, der Schleifenradius a der Einzelschleifenspule 10 cm beträgt, der Spulendraht einen Radius ⌀ von 0,5 mm besitzt und der Abstand h zwischen dem Aluminiumblech und der Spule 1 cm beträgt, so ergibt sich die sekundäre Äquivalentimpedanz R zu R ≒ 0,5 mΩ.If the metal material is an aluminum sheet with a thickness d of 0.5 mm, the frequency f of the high-frequency magnetic field is 100 kHz, the loop radius a of the single loop coil is 10 cm, the coil wire has a radius ⌀ of 0.5 mm and the If the distance h between the aluminum sheet and the coil is 1 cm, the secondary equivalent impedance R to R ≒ 0.5 mΩ results.

Obgleich je nach der Leitfähigkeit und Permeabilität von Eisen gewisse Unterschiede vorliegen, beträgt die bei Verwendung eines Aluminium-Kochgeschirrs erreichte sekundäre Äquivalentimpedanz R etwa ein Zehntel derjenigen bei Verwendung des Eisen-Kochgeschirrs. Im Fall des Aluminium-Kochgeschirrs erhöht sich daher der Spulenverlust derart, daß sich eine beträchtliche Herabsetzung der Heizleistung ergibt.Although there are some differences depending on the conductivity and permeability of iron, the secondary equivalent impedance R achieved when using aluminum cookware is approximately one tenth that when using iron cookware. In the case of aluminum cookware, the coil loss increases so that there is a considerable reduction in the heating power.

Unter Berücksichtigung der tatsächlichen Windungszahl (mehr als 10) der Heizspule liefert eine Berechnung der sekundären Äquivalentimpedanz R die in Fig. 6 dargestellten Ergebnisse. Wenn bei Verwendung eines Kochgeschirrs 32 aus Aluminium die Dicke seines Aluminiumblechs 0,5 mm oder mehr beträgt und die Frequenz des Hochfrequenz-Magnetfeld 100 kHz entspricht, ist die sekundäre Äquivalentimpedanz R im wesentlichen konstant, d. h. R = 0,14 Ω. Die tatsächliche Impedanz des Spulendrahts der Heizspule L beträgt andererseits 0,295 Ω, weil sie durch den Skineffekt bzw. die Hautwirkung beeinflußt wird. Neben der Heizspule L bilden Transistoren und andere Bauelemente eine zusätzliche Impedanz, so daß die Primärimpedanz R′ etwa 0,4-0,5 Ω beträgt. Wenn die Primärimpedanz wesentlich größer ist als die Sekundärimpedanz, ist die Heizleistung außerordentlich niedrig.Taking into account the actual number of turns (more than 10) of the heating coil, a calculation of the secondary equivalent impedance R provides the results shown in FIG. 6. If, when using an aluminum cookware 32, the thickness of its aluminum sheet is 0.5 mm or more and the frequency of the high-frequency magnetic field corresponds to 100 kHz, the secondary equivalent impedance R is essentially constant, ie R = 0.14 Ω. The actual impedance of the coil wire of the heating coil L , on the other hand, is 0.295 Ω because it is influenced by the skin effect or the skin effect. In addition to the heating coil L , transistors and other components form an additional impedance, so that the primary impedance R 'is approximately 0.4-0.5 Ω. If the primary impedance is significantly greater than the secondary impedance, the heating output is extremely low.

Zur Ausschaltung dieses Problems wird erfindungsgemäß für die Heizspule L ein Leiterdraht (Litzendraht) verwendet, der durch Bündelung einer Vielzahl dünner, isolierter Kupferdrähte gebildet ist, wobei die Impedanz (Skin- bzw. Hautwiderstand) der Heizspule L so reduziert wird, daß sich die Primärimpedanz verringert.To eliminate this problem, a conductor wire (stranded wire) is used according to the invention for the heating coil L , which is formed by bundling a large number of thin, insulated copper wires, the impedance (skin or skin resistance) of the heating coil L being reduced so that the primary impedance decreased.

Aufgrund des Vorhandenseins einer anderen Bauelementen als der Heizspule L zuzuschreibenden Impedanz kann allerdings bisher der Herabsetzung der Heizleistung noch nicht voll begegnet werden. Es wird daher die Windungszahl der ein Hochfrequenz-Magnetfeld von etwa 100 kHz erzeugenden Heizspule L 2 zur Vergrößerung der sekundären Äquivalentimpedanz zwangsläufig vergrößert. Obgleich dabei eine Vergrößerung der Windungszahl der Heizspule L 2 ins Auge gefaßt bzw. in Kauf genommen wird, ist die Größe der Heizspule L 2 durch die Größe des Kochgeschirrs und andere Faktoren begrenzt. Die Heizspulen L 2 werden daher in mehreren, beispielsweise drei Lagen angeordnet. Die dem Quadrat der Windungszahl der Heizspule proportionale sekundäre Äquivalentimpedanz R ergibt sich dabei zu R = 0,14 Ω × 3² = 1,26 Ω. Obgleich dabei die Impedanz der Heizspule verringert wird, erhöht sich die sekundäre Äquivalentimpedanz R, so daß der Herabsetzung der Heizleistung wirksam begegnet werden kann.However, due to the presence of components other than the impedance attributable to the heating coil L, the reduction in the heating power cannot yet be fully countered. The number of turns of the heating coil L 2 which generates a high-frequency magnetic field of approximately 100 kHz is therefore inevitably increased in order to increase the secondary equivalent impedance. Although an increase in the number of turns of the heating coil L 2 is envisaged or accepted, the size of the heating coil L 2 is limited by the size of the cookware and other factors. The heating coils L 2 are therefore arranged in several, for example three, layers. The secondary equivalent impedance R , which is proportional to the square of the number of turns of the heating coil, is R = 0.14 Ω × 3 ² = 1.26 Ω. Although the impedance of the heating coil is thereby reduced, the secondary equivalent impedance R increases, so that the reduction in the heating power can be countered effectively.

Die dreilagige Anordnung der Heizspule bedingt die folgenden Maßnahmen: Die für eine einlagige (herkömmliche) Heizspule berechnete Induktivität L ergibt sich zu L = 14,4 µH. Im Fall der dreilagigen Heizspule beträgt die Induktivität L, die ebenfalls dem Quadrat der Windungszahl proportional ist, L = 14,4 µH × 3² = 130 µH. Zur Erzielung von Resonanz bei der Frequenz von 100 kHz muß die Kapazität C des Resonanz-KondensatorsThe three-layer arrangement of the heating coil requires the following measures: The inductance L calculated for a single-layer (conventional) heating coil results in L = 14.4 µH. In the case of the three-layer heating coil, the inductance L, which is also proportional to the square of the number of turns, is L = 14.4 µH × 3 ² = 130 µH. To achieve resonance at the frequency of 100 kHz, the capacitance C of the resonance capacitor

betragen.be.

Wenn die Impedanz anderer Bauelemente, abgesehen von der Heizspule, 0,5 Ω beträgt, betragen der Stromverbrauch P = 1,05 kW, der Wirkungsgrad η = 72%, die maximale Spannung V/cm über den Kondensator = 4050 V und der durch den Kondensator fließende Höchststrom Im = 48,8 A. Unter diesen, erfindungsgemäß bestimmten Bedingungen muß der verwendete Kondensator C 2 unbedingt eine hohe Spannungsfestigkeit von mehreren kV besitzen.If the impedance of other components, apart from the heating coil, is 0.5 Ω, the power consumption is P = 1.05 kW, the efficiency η = 72%, the maximum voltage V / cm across the capacitor = 4050 V and that through the Capacitor flowing maximum current Im = 48.8 A. Under these conditions determined according to the invention, the capacitor C 2 used must have a high dielectric strength of several kV.

Bei der beschriebenen Ausführungsform kann das an das Kochgeschirr angelegte Hochfrequenz-Magnetfeld entsprechend der Werkstoffart (Eisen oder Aluminium) des Kochgeschirrs automatisch eingestellt werden. Der Anwender braucht sich also nicht um den Werkstoff des jeweils verwendeten Kochgeschirrs zu kümmern. Dies ist deshalb der Fall, weil die Werkstoffart des Kochgeschirrs durch den Detektor 30 automatisch festgestellt wird, so daß nach Maßgabe des Ausgangssignals des Detektors 30 der jeweils richtige Hochfrequenzstrom I ₁ oder I ₂ geliefert und die betreffende Heizspule L 1 oder L 2 für den Betrieb gewählt werden kann.In the embodiment described, the high-frequency magnetic field applied to the cookware can be set automatically in accordance with the type of material (iron or aluminum) of the cookware. The user does not have to worry about the material of the cookware used. This is the case because the type of material of the cookware is automatically determined by the detector 30 , so that, depending on the output signal of the detector 30, the correct high-frequency current I ₁ or I _{2 is} supplied and the relevant heating coil L 1 or L 2 for operation can be chosen.

Die Schaltungsanordnung des Wechselrichterkreises 18 gemäß Fig. 1 kann vereinfacht werden oder sein, weil dieser Wechselrichterkreis 18 nur einen einzigen Ansteuerkreis 24 benötigt, der selektiv jeweils einen der beiden Schaltkreise 20 und 22 zur Erzeugung verschiedener Hochfrequenzströme anzusteuern vermag. The circuit arrangement of the inverter circuit 18 according to FIG. 1 can be simplified or be because this inverter circuit 18 only requires a single control circuit 24 , which can selectively control one of the two circuits 20 and 22 to generate different high-frequency currents.

Gemäß den Fig. 3A bis 3C ist die Heizspule L zusammen mit dem eine Vielzahl von Aussparungen 48 aufweisenden isolierenden bzw. Isolierdraht 44 spiralförmig gewickelt. Der Durchmesser der Heizspulen L 1, L 2 kann somit zur Ermöglichung der Verwendung eines Kochgeschirrs eines vergleichsweise großen Durchmessers entsprechend ausgelegt werden, so daß das Kochgeschirr mit einem gleichmäßigen, wirksamen Hochfrequenz-Magnetfeld beaufschlagt werden kann. Eine Konzentration des Magnetfelds im Mittelbereich des Kochgeschirrs kann weiterhin, ohne Beeinflussung der gesamten Bodenfläche des Kochgeschirrs, sicher verhindert werden. Die Aussparungen 48 erleichtern den Draht-Wicklungsvorgang und verbessern die Ventilations- oder Belüftungsleistung und somit die Kühlwirkung für die Heizspulen. Dies ist insbesondere für die zweite Heizspule L 2 von Bedeutung, die ein Hochfrequenz-Magnetfeld von 50 kHz oder mehr, vorzugsweise in der Größenordnung von 100 kHz, erzeugt.Referring to FIGS. 3A to 3C, the heating coil L is comprising with a plurality of recesses 48 insulating insulated wire 44 is wound or spirally. The diameter of the heating coils L 1, L 2 can thus be designed accordingly to enable the use of cookware of a comparatively large diameter, so that the cookware can be subjected to a uniform, effective high-frequency magnetic field. A concentration of the magnetic field in the central area of the cookware can also be reliably prevented without influencing the entire bottom surface of the cookware. The recesses 48 facilitate the wire winding process and improve the ventilation or ventilation performance and thus the cooling effect for the heating coils. This is particularly important for the second heating coil L 2 , which generates a high-frequency magnetic field of 50 kHz or more, preferably of the order of 100 kHz.

In den Fig. 7 und 8 ist eine elektromagnetische Induktionsheizvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Dabei sind den Teilen von Fig. 1 entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern wie vorher bezeichnet. Ein dem Transformator 14 benachbart angeordneter Wechselrichterkreis 50 umfaßt einen unsymmetrischen Wechselrichter 52 aus einem npn-Transistor 54, einer Diode 56 und einem Resonanz- Kondensator 58 sowie einen Ansteuerkreis 60 zur Ansteuerung des Transistors 54 des Wechselrichters 52. Der Transistor 54 ist ein MOS-Transistor oder ein bipolarer Transistor. Die Diode 56 und der Kondensator 58 sind parallel zwischen Emitter und Kollektor des Transistors 54 geschaltet. Der Kollektor des Transistors 54 ist mit einem bewegbaren Kontaktteil 62 a eines Wechsel- bzw. Umschalters 62 verbunden, dessen bewegbarer Kontaktteil 62 a durch einen Schaltertreiber 64 selektiv zwischen einem ersten und einem zweiten festen Kontaktteil 62 b bzw. 62 c umschaltbar ist. Zwei Heizspulen L 3 und L 4 sind in Reihe zwischen den ersten festen Kontaktteil 62 b des Schalters 62 und eine Plus-Ausgangsklemme 26-2 der Gleichstromquelle 26 geschaltet. Ein Sammelpunkt 66 der Heizspulen L 3, L 4 ist unmittelbar mit dem zweiten festen Kontaktteil 62 c des Schalters 62 verbunden. Ein Detektor 68 mit z. B. einem nicht dargestellten Hall-Element stellt fest, ob der Metallwerkstoff eines auf die Heiz- oder Kochplatte aufgesetzten Kochgefäßes magnetisch (wie Eisen) oder nicht magnetisch (wie Aluminium) ist, und liefert dem Schaltertreiber 64 ein dem jeweiligen Werkstoff entsprechendes Signal 70. Wenn festgestellt wird, daß das Kochgeschirr aus Eisen besteht, verbindet der Schaltertreiber 64 demzufolge den bewegbaren Kontaktteil 62 a des Schalters 62 mit dem ersten festen Kontaktteil 62 b (Fig. 7). Wenn festgestellt wird, daß das Kochgeschirr aus Aluminium besteht, wird der Schalter 62 so angesteuert, daß sich der bewegbare Kontaktteil 62 a an den zweiten festen Kontaktteil 62 c anlegt.In Figs. 7 and 8, an electromagnetic induction heating apparatus is illustrated according to another embodiment of the invention. Parts corresponding to those in FIG. 1 are designated with the same reference numerals as before. An inverter circuit 50 arranged adjacent to the transformer 14 comprises an asymmetrical inverter 52 comprising an npn transistor 54, a diode 56 and a resonance capacitor 58 and a drive circuit 60 for driving the transistor 54 of the inverter 52. The transistor 54 is a MOS transistor or a bipolar transistor. The diode 56 and the capacitor 58 are connected in parallel between the emitter and collector of the transistor 54 . The collector of transistor 54 is connected to a movable contact part 62 a of a changeover or changeover switch 62 , the movable contact part 62 a of which can be selectively switched between a first and a second fixed contact part 62 b or 62 c by a switch driver 64 . Two heating coils L 3 and L 4 are connected in series between the first fixed contact part 62 b of the switch 62 and a plus output terminal 26-2 of the direct current source 26 . A collection point 66 of the heating coils L 3, L 4 is connected directly to the second fixed contact part 62 c of the switch 62 . A detector 68 with z. B. a Hall element, not shown, determines whether the metal material of a cooking vessel placed on the hotplate or hotplate is magnetic (such as iron) or non-magnetic (such as aluminum), and supplies the switch driver 64 with a signal 70 corresponding to the respective material . If it is determined that the cookware is made of iron, the switch driver 64 accordingly connects the movable contact part 62 a of the switch 62 with the first fixed contact part 62 b ( Fig. 7). If it is found that the cookware is made of aluminum, the switch 62 is controlled so that the movable contact part 62 a bears against the second fixed contact part 62 c .

Die Fig. 8A und 8B veranschaulicht schematisch den Aufbau eines ein Hochfrequenz-Magnetfeld erzeugenden Abschnitts 72, welcher die beiden Heizspulen L 3 und L 4 einschließt. Dabei sind zwei Leiterdrähte 74, 76 (Litzendrähte wie bei der ersten Ausführungsform), die jeweils den Heizspulen L 3 bzw. L 4 entsprechen, in gegenseitiger Berührung und elektrisch voneinander isoliert spiralig gewickelt. Gemäß Fig. 7 ist das freie Ende 78 des ersten, als die erste Heizspule L 3 wirkenden Leiterdrahts 74 mit dem ersten festen Kontaktteil 62 b des Schalters 62 verbunden, während ein freies Ende 80 des die zweite Heizspule L 4 bildenden Leiterdrahts 76 an die zweite Ausgangsklemme 26-2 der Gleichstromquelle 26 angeschlossen ist. FIGS. 8A and 8B illustrates schematically the structure of a portion 72 a high-frequency magnetic field generating which the two heating coils L 3 and L 4 includes. In this case, two conductor wires 74, 76 (stranded wires as in the first embodiment), each corresponding to the heating coils L 3 and L 4 , are spirally wound in mutual contact and electrically insulated from one another. According to Fig. 7, the free end 78 of the first, when the first heating coil L 3 acting conductor wire 74 with the first fixed contact portion 62 b of the switch 62, while a free end 80 of the second heating coil L4 forming the conductor wire 76 second to the Output terminal 26-2 of the DC power source 26 is connected.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung kann die Windungszahl der Heizspulen zweckmäßig an die Art des Werkstoffs (magnetisch oder nichtmagnetisch) des jeweiligen Kochgeschirrs angepaßt werden. Wenn festgestellt wird, daß das Kochgeschirr aus Eisen besteht, wird die erste Heizspule L 3 durch Umschalten des Schalters 62 überbrückt, so daß dann nur die zweite Heizspule L 4 wirksam ist. Wenn dagegen das Kochgeschirr aus Aluminium hergestellt ist, befinden sich beide Heizspulen L 3 und L 4 in Betrieb, wobei die Zahl der verfügbaren oder wirksamen Windungen, entsprechend der Summe aus den Windungszahlen beider Heizspulen L 3 und L 4, vergrößert ist. Auf diese Weise kann das Kochgeschirr unabhängig davon, ob es aus Eisen oder Aluminium besteht, stets mit einem Hochfrequenz- Magnetfeld einer zweckmäßigen Frequenz beaufschlagt werden. Die gleichzeitige Verwendung der Heizspule L 3 bietet zahlreiche zusätzliche Wirkungen, wie insgesamt wirtschaftliche Nutzung der Litzendrähte sowie Vereinfachung des Aufbaus des Wechselrichterkreises 50. In this embodiment of the invention, the number of turns of the heating coils can be appropriately adapted to the type of material (magnetic or non-magnetic) of the respective cookware. If it is determined that the cookware is made of iron, the first heating coil L 3 is bridged by switching the switch 62 so that only the second heating coil L 4 is then effective. On the other hand, if the cookware is made of aluminum, both heating coils L 3 and L 4 are in operation, the number of available or effective turns being increased, corresponding to the sum of the number of turns of both heating coils L 3 and L 4 . In this way, regardless of whether it is made of iron or aluminum, the cookware can always be exposed to a high-frequency magnetic field of an appropriate frequency. The simultaneous use of the heating coil L 3 offers numerous additional effects, such as overall economical use of the stranded wires and simplification of the structure of the inverter circuit 50.

Obgleich die Erfindung vorstehend anhand zweier bevorzugter Ausführungsformen dargestellt und beschrieben ist, sind dem Fachmann selbstverständlich verschiedene Änderungen und Abwandlungen möglich. Beispielsweise wird bei den beschriebenen Ausführungsformen für die Induktionserwärmung oder -beheizung eines Kochgeschirrs aus einem nichtmagnetischen Werkstoff, wie Aluminium, ein Hochfrequenz-Magnetfeld von etwa 100 kHz erzeugt. Im Fall eines Aluminiumblechs entsteht jedoch der Skineffekt bzw. die Hautwirkung, wodurch die Impedanz des Kochgeschirrs konstant eingestellt wird, wie erwähnt, bei Anlegung eines Hochfrequenz-Magnetfelds von etwa 50 kHz. Die vorstehend beschriebenen Wirkungen und Vorteile der Erfindung werden demzufolge auch dann erzielt, wenn die Anordnung so ausgelegt ist, daß das Magnetfeld für die Induktionsbeheizung eine Frequenz von 50 kHz oder mehr besitzt.Although the invention is based on two preferred embodiments shown and described is a matter of course for the expert various changes and modifications possible. For example, in the described embodiments for induction heating or heating of a cookware made of a non-magnetic Material such as aluminum, a high frequency magnetic field of about 100 kHz. In the case of an aluminum sheet however, the skin effect or skin effect arises, causing the impedance of the cookware is set constant, as mentioned, when applying a high frequency magnetic field of about 50 kHz. The effects described above and Accordingly, advantages of the invention also become achieved if the arrangement is designed so that Magnetic field for induction heating a frequency of 50 kHz or more.

Claims

1. Electric induction cooking device with inverter for heating a cookware made of metal, characterized
by a first induction coil ( L 1, L 3 ) for generating a first magnetic alternating field with a first frequency for a magnetic cookware,
by a second induction coil ( L 2, L 4 ) for generating a second alternating magnetic field with a second frequency that is higher than the first frequency,
by control devices ( 18, 50 ) for automatically determining the material of the cookware used ( 32 ) and for correspondingly controlling the mode of operation of the two induction coils ( L 1, L 2, L 3, L 4 ) in the manner,
that when using a cookware ( 32 ) made of a magnetic material, the first induction coil ( L 1, L 3 ) is supplied with a high-frequency current ( I 1 ) at the first frequency,
that when using a cookware ( 32 ) made of a non-magnetic metallic material of the second induction coil ( L 3, L 4 ) a high-frequency current ( I 2 ) is supplied at the second frequency, which is so high that the impedance of the cookware ( 32 ) with respect of the second magnetic field is essentially constant and independent of the wall thickness of the cookware ( 32 ).

2. Device according to claim 1, characterized in that a detector ( 30, 68 ) is provided for determining the cookware material, which generates the first and second high-frequency currents ( I 1, I 2 ) in connection with the inverter ( 18, 50 ).

3. Device according to claim 2, characterized, that the second frequency is in the range of 50 kHz-100 kHz lies.

4. The device according to claim 3, characterized in that the second induction coil ( L 2 ) has a higher number of turns than the first induction coil ( L 1 ).

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the second induction coil consists of 2 series-connected heating coils ( L 3, L 4 ) of different number of turns, while the first induction coil consists only of the two heating coils, which has the lower number of turns ( L 4 ).

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the second induction coil ( L 2 ) has two spirally wound and touching wires ( 44, 46 ) side by side, one of which ( 44 ) made of conductive material and the other ( 46 ) consists of insulating material, and that the insulating wire ( 46 ) is provided on its side surfaces with a plurality of recesses ( 48 ) for air cooling the conductive wire ( 44 ).